DE2620091A1 - MEASURING SYSTEM FOR DETERMINING THE CONTOUR OF THE SURFACE OF AN OBJECT - Google Patents
MEASURING SYSTEM FOR DETERMINING THE CONTOUR OF THE SURFACE OF AN OBJECTInfo
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Description
Meßsystem zum Bestimmen der Kontur der Oberfläche eines Gegenstands Measuring system for determining the contour of the surface of an object
Die Erfindung bezieht sich auf das Vermessen von Oberflächen und insbesondere auf ein Gerät zum Messen der Kontur einer streuenden Oberfläche mit einer fokussierten elektromagnetischen Strahlung.The invention relates to the measurement of surfaces and, more particularly, to an apparatus for measuring the contour of a scattering surface with a focused electromagnetic radiation.
Die Herstellung von vielen Präzisionsgegenständen, wie beispielsweise Teile der Instrumentierung und verschiedene Formen für Gasturbinentriebwerke, erfordert die genaue Kontrolle der KonturThe manufacture of many precision items, such as Parts of the instrumentation and various shapes for gas turbine engines require precise control of the contour
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von verschiedenen Oberflächen auf solchen Gegenständen und die Möglichkeit, die Kontur dieser Oberflächen bestimmen zu können. Die herkömmlichen Meßverfahren, die bei diesem Problem anwendbar sind, sind überprüft worden und in den meisten Fällen haben sich berührungsfreie optische Meßsysteme als am geeignetsten herausgestellt, die relativ strengen Anforderungen an solche Gegenstände einzuhalten Ein in der US-PS 3 671 126 beschriebener berührungsfrei arbeitender optischer Meßfühler ist für einige Verwendungszwecke einfach nicht genau genug. Ein sehr gutes System, das sich bei der Oberflächenvermessung als erfolgreich erwiesen hat, ist in der deutschen Patentanmeldung P 25 02 941.8 vorgeschlagen. Dieser ältere Vorschlag betrifft ein besonderes Verfahren zur Fernvei— folgung eines Strahlungsflecks, welcher auf die zu vermessende Oberfläche fokussiert ist. Das Verfahren ist äußerst genau und gestattet die Konturaufnahme von äußerst unregelmäßigen Oberflächen in einer relativ kurzen Zeitspanne. Einer der Nachteile eines solchen Systems ist der Schattenbildungseffekt, der sich bei gewissen Arten von Oberflächenkonturen ergibt. Beispielsweise können bei dem Vermessen einer gekrümmten Oberfläche, welche rippenartige Vorsprünge hat, diese Oberflächenunregelmäßigkeiten die Sichtlinie zwischen dem Detektor und dem Fleck auf der Obei— fläche, an welcher die einfallende Strahlung gestreut wird, untei— brechen. Somit Hegen verschiedene Punkte auf der zu vermessenden Oberfläche neben erhabenen oder vertieften Bereichen gegenüber dem Detektor im Schatten und es ist nicht möglich, mit dem Verfahren gemäß dem älteren Vorschlag Daten für solche Punkteof different surfaces on such objects and the ability to determine the contour of these surfaces too can. The conventional measurement methods applicable to this problem have been reviewed and are disclosed in US Pat In most cases, non-contact optical measurement systems have proven to be the most suitable to comply with relatively strict requirements for such objects. A non-contacting device described in US Pat. No. 3,671,126 optical probe is simply not accurate enough for some uses. A very good system that works with the Surface measurement has proven successful, is proposed in German patent application P 25 02 941.8. This older proposal concerns a special procedure for remote filing following a radiation spot which is focused on the surface to be measured. The procedure is extremely accurate and allows contour recording of extremely irregular surfaces in a relatively short period of time. One of the disadvantages of such a system is the shadowing effect that results in certain types of surface contours. For example, when measuring a curved surface, which has rib-like protrusions, these surface irregularities reduce the line of sight between the detector and the spot on the surface. area on which the incident radiation is scattered, subdivided break. Thus, different points lie opposite on the surface to be measured next to raised or recessed areas the detector in the shadow and it is not possible to use the method according to the older proposal to obtain data for such points
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zu gewinnen.to win.
Ein Hauptziel der Erfindung ist es, eine Konturmessung einerA main object of the invention is to measure the contour of a
ungleichmäßigen Oberfläche mit einem optischen Fernverfolgungssystem vorzunehmen.uneven surface with a remote optical tracking system to undertake.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß, wenn eine Oberfläche mit einem Fleck einer elektromagnetischen Strahlung abgetastet wird und wenn die Strahlung, die durch die Oberfläche gestreut wird, durch einen Detektor überwacht wird, Änderungen in der Oberflächenkontur manchmal den Detektor in den Schatten bringen. Die Kontinuität der gestreuten Strahlung, die die Detektoranordnung erreicht, kann jedoch mit mehreren einzelnen, in geeigneter Weise in bezug auf die Oberfläche angeordneten Detektoren aufrechterhalten werden, so daß zu allen Zeiten zumindest einer dieser Detektoren eine Sichtlinie zu dem Strahlungsfleck auf der Oberfläche hat.The invention is based on the knowledge that when a surface with a spot of electromagnetic radiation is scanned and when the radiation scattered by the surface is monitored by a detector, changes sometimes eclipsing the detector in the surface contour. The continuity of the scattered radiation from the detector array but can be achieved with several individual detectors suitably positioned with respect to the surface be maintained so that at least one of these detectors has a line of sight to the radiation spot at all times has on the surface.
Gemäß der Erfindung ist eine Quelle elektromagnetischer Strahlung auf die zu vermessende Oberfläche gerichtet und mehrere optische Fühlelemente sind in mit Bezug auf die Oberfläche und die in einer Rückkopplungsschleife liegenden Elemente genauen Positionen angeordnet,wodurch ein ununterbrochenes,gesteuertes System vorhanden ist, welches eine Information erzeugt, die die Kontur der Oberfläche auf dem Gegenstand beschreibt, der vermessen wird.According to the invention, one source of electromagnetic radiation is directed onto the surface to be measured, and several optical ones Sensing elements are precise positions with respect to the surface and elements in a feedback loop arranged, creating an uninterrupted, controlled system which generates information describing the contour of the surface on the object that is being measured.
Ein Hauptmerkmal der Erfindung ist die Verwendung von mehrerenA main feature of the invention is the use of several
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Detektoren, die jeweils diskrete lichtempfindliche Oberflächenbereiche haben, wobei entsprechende Flächen aus jedem Detektor elektrisch parallelgeschaltet sind. Eine relativ rauhe Oberfläche, wie sie für einen gegossenen Metallgegenstand typisch ist, wird leicht vermessen. Außerdem kann in jedem Detektor— kreis eine Vergrößerung vorgesehen werden, die sich von den anderen unterscheidet, um Daten zu erzeugen, welche Genauigkeiten haben, die von grob bis fein reichen.Detectors, each having discrete light-sensitive surface areas with corresponding areas from each detector being electrically connected in parallel. A relatively rough one Surface, as it is typical for a cast metal object, is easily measured. In addition, in each detector- circle a magnification that differs from the others can be provided in order to generate data which accuracies that range from coarse to fine.
Ein Vorteil der Erfindung ist die Zunahme der Stärke des Detektorsignals, die sich aus der Verwendung von mehreren Detektoren ergibt. Das Detektorsignal wird gewöhnlich für entweder ebene oder gekrümmte Oberflächenkonturen vergrößert. Die Erfindung gestattet das Abnehmen von Daten über der gesamten Oberfläche eines Gegenstands selbst dann, wenn der Gegenstand Diskontinuitäten in der Oberflächenhöhe enthält. Die Verwendung von mehreren Detektoren beseitigt das Nichtvorhandensein von Daten bei einer Oberflächenänderung, das sonst durch das Abschatten der gestreuten Strahlung verursacht wird, und ermöglicht das Aufzeichnen von Daten an Stellen, die unmittelbar neben Vorsprüngen liegen, welche vertikal von der Oberfläche vorstehen.An advantage of the invention is the increase in the strength of the detector signal resulting from the use of multiple detectors results. The detector signal is usually magnified for either flat or curved surface contours. The invention allows data to be taken over the entire surface of an object even when the object Contains discontinuities in surface height. The use of multiple detectors eliminates the absence of Data in the event of a surface change, which is otherwise caused by the shading of the scattered radiation, and enables the recording of data in locations immediately adjacent to protrusions which protrude vertically from the surface.
Ein weiterer Vorteil ist der vergrößerte Aufnahmewinkel, derAnother advantage is the increased shooting angle, the
ο mit der Erfindung möglich ist und in einigen Fällen bis zu 80 auf jeder Seite der Ausbreitungsachse der auf den Gegenstand auftreffenden Quellenstrahlung beträgt.ο is possible with the invention and in some cases up to 80 on each side of the axis of propagation of the source radiation striking the object.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus derFurther features and advantages of the invention emerge from the
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folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung. In den Zeichnungen zeigen:following description of embodiments of the invention. In the drawings show:
Fig. 1 eine vereinfachte schematische Dar1 shows a simplified schematic diagram
stellung, welche die optischen Elemente zeigt, die bei dem Betrieb des Systems nach der Efindung benutzt werden,position showing the optical elements used in the operation of the system can be used after the invention,
Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung, welcheFig. 2 is a simplified representation, which
die Schattenwirkung auf einen Detektor zeigt, die durch eine Plattform hervorgerufen wird, welche sich von der vermessenen Oberfläche erhebt,showing the shadow effect on a detector passing through a platform is caused, which rises from the measured surface,
Fig. 3 eine Darstellung des Intensitätsprofils3 shows an illustration of the intensity profile
für eine optische Strahlung, die durch eine typische rauhe Oberfläche gestreut wird,for an optical radiation passing through a typical rough surface is scattered,
Fig. 4 ' in einem Diagramm die relativeFig. 4 'in a diagram the relative
Signalstärke des Detektors in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Einfallsachse und der Detektor— achse, undSignal strength of the detector as a function of the difference between the axis of incidence and the axis of the detector, and
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Fig. 5 ein vereinfachtes Diagramm, welchesFig. 5 is a simplified diagram showing
die Haupt bestandteile in einer praktischen Ausfuhrungsform zeigt.shows the main components in a practical embodiment.
Ein einfaches Gerät, welches bei der Ausführung der Erfindung benutzt wird, ist in Fig. 1 dargestellt. Eine Quelle 10 elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise ein Laser, liefert ein Quellenbündel 12, welches mit einer negativen Linse 14 aufgeweitet und dann mit einer positiven Linse 16 zu einem fokussierten Fleck 18 auf der Oberfläche 20 eines Gegenstands 22 fokussiert wird. Detektor linsen 24a und 24b, die in bezug auf die auf den Gegenstand auftreffende Strahlung geeignet positioniert sind, wie im folgenden noch näher erläutert, sammeln und fokussieren die gestreute Strahlung als einen Abbildungsfleck 28a und 28b auf Detektoren 26a bzw. 26b.A simple device used in the practice of the invention is shown in FIG. A source 10 of electromagnetic Radiation, for example a laser, provides a source beam 12, which is expanded with a negative lens 14 and then with a positive lens 16 to a focused spot 18 is focused on the surface 20 of an object 22. Detector lenses 24a and 24b suitably positioned with respect to the radiation incident on the object, as in FIG explained in more detail below, collect and focus the scattered radiation as an imaging spot 28a and 28b on detectors 26a and 26b, respectively.
Der Betrieb des Systems nach der Erfindung basiert auf der genauen gegenseitigen Lage der Strahlungsquelle, der Detektoren und des zu vermessenden Gegenstands entsprechend dem Verfahren, von welchem bei dem oben genannten älteren Vorschlag Gebrauch gemacht wird. Die Quellenstrahlung wird längs einer Einfallsachse 30 auf die Stelle 18 der Kontur gerichtet, wie in Fig. 1 gezeigt. Die Oberfläche 20 zerstreut diese Strahlung, von welcher ein Teil längs der Detektorachsen 32a und 32b durch die Detektoi— linsen gesammelt wird, um die Flecken auf ihrem Detektor 26a bzw. 26b abzubilden. Jeder Detektor ist eine Mehrelementzelle, die eine Nullposition auf ihrer Oberfläche hat und am AnfangThe operation of the system according to the invention is based on the exact mutual position of the radiation source, the detectors and the object to be measured according to the method used in the earlier proposal mentioned above. The source radiation is directed along an axis of incidence 30 onto point 18 of the contour, as shown in FIG. 1. The surface 20 scatters this radiation, a portion of which is collected along the detector axes 32a and 32b by the detector lenses to image the spots on its detector 26a and 26b, respectively. Each detector is a multi-element cell that has a zero position on its surface and a m beginning
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mit der Nullposition in einer Linie mit einer Detektor achse liegt. Jeder Detektor erzeugt ein elektronisches Signal, welches den Ort des abgebildeten Fleckes auf der Oberfläche des Detektors beschreibt und angibt, ob der Abbildungsfleck links von der Nullposition, rechts von der Nullposition oder i.i der Nullposition liegt. Wenn nötig, werden die Detektoren in bezug auf die Oberfläche bewegt, was zur Folge hat, daß die abgebildeten Flecken sich zu einer Bezugs- oder Nullposition auf dem Detektor bewegen, und jedesmal dann, wenn ein abgebildeter Fleck in die Bezugsposition zurückkehrt, wird die Größe der Detektorbewegung, die zur Erzielung dieses Ergebnisses erforderlich ist, festgehalten. Diese Detektorbewegung ist analytisch in eine entsprechende Änderung der Oberflächenkontur umwandelbar und das Verfahren wird im wesentlichen wiederholt. Allerdings können als praktische Maßnahme sowohl der Gegenstand als auch die Detektoren sich während einer Meßfolge kontinuierlich bewegen.with the zero position in a line with a detector axis. Each detector generates an electronic signal which indicates the location of the imaged spot on the surface of the detector describes and indicates whether the image spot is to the left of the Zero position, to the right of the zero position or i.i of the zero position lies. If necessary, the detectors are moved with respect to the surface, with the result that the imaged Spots move to a reference or zero position on the detector every time an imaged Spot returns to the reference position, the amount of detector movement that is required to achieve this result is held. This detector movement can be converted analytically into a corresponding change in the surface contour and the process is essentially repeated. However, as a practical measure, both the subject matter and the detectors also move continuously during a measurement sequence.
Wenn ein Fernverf Olgungssystem, wie beispielsweise das in Fig. 1 dargestellte, zum Messen der Kontur einer Oberfläche benutzt wird, welche eine abrupte Änderung in ihrer Kontur aufweist, rufen verschiedene Kombinationen von Relativpositionen zwischen der Quelle der einfallenden Strahlung, der Oberfläche und dem Detektor Schatteneffekte hervor, für welche keine gestreute Strahlung einen der Detektoren erreicht. Ein diskreter Bereich des Gegenstands 22, der ein Plateau 34 hat, ist in Fig. 2 vergrößert dargestellt. Das Quellenbündel, welches den fokussierten Fleck bildet, ist um die Einfallsachse 30 herum symmetrisch und dieIf a remote access system such as that shown in Fig. 1 is used for measuring the contour of a surface which has an abrupt change in its contour, call different combinations of relative positions between the source of incident radiation, the surface and the Detector produces shadow effects for which no scattered radiation reaches one of the detectors. A discrete area of the object 22, which has a plateau 34, is shown enlarged in FIG. The bundle of sources that has the focused spot forms is symmetrical about the axis of incidence 30 and the
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Oberfläche streut die einfallende Strahlung aus dem Quellenbündel, wie im folgenden erläutert. Die längs der Detektorachse 32b gestreute Strahlung trifft auf eine Seite des Plateaus 34 auf und wird dadurch daran gehindert, die Detektorlinse 24b zu erreichen. Bei einem Detektorsystem, wie es in der älteren deutschen Patentanmeldung vorgeschlagen ist, hält das Plateau den fokussierten Fleck 18 von der Detektorlinse 24b ab und es wird kein Rückkehrsignal erzeugt. Mit der zusätzlichen Detektorlinse 24a und einer zugeordneten Schaltung erfolgt jedoch eine kontinuierliche Aufnahme der Oberfläche 20 geradewegs bis zur Basis des Plateaus.Surface scatters the incident radiation from the source bundle, as explained below. The radiation scattered along the detector axis 32b hits one side of the plateau 34 and is thereby prevented from reaching the detector lens 24b. With a detector system as it was in the older one German patent application is proposed, the plateau holds the focused spot 18 from the detector lens 24b and it will no return signal generated. With the additional detector lens 24a and an associated circuit, however, a continuous operation takes place Record the surface 20 straight to the base of the plateau.
Fig. 3 zeigt in einem vereinfachten Diagramm eine typische Intensitätsverteilung einer durch den Gegenstand 22 gestreuten Strahlung aus dem Fokussierungsfleck 18. Die Strahlung trifft längs der Einfallsachse 30 auf die Oberfläche auf und die gestreute Strahlung ist um die Spiegelreflexionsachse 36 symmetrisch. Wenn die Größe des Winkels zwischen einer Normalen 39 zu der Oberfläche und der Einfallsachse 30 mit θ bezeichnet wird, so ist der Winkel zwischen der Spiegelreflexionsachse 36 und der Oberflächennormalen 39 ebenfalls Θ. Die relative Intensität der in einer bestimmten Richtung gestreuten Strahlung in bezug auf den fokussierten Fleck 18 ist durch ein Strahlungsprofil dargestellt. Das Anbringen eines Detektors auf jeder Seite der Einfallsachse führt zu einem kombinierten Detektorsignal, welches leicht unterscheidbar ist, obwohl die Oberflächenwinkel θ und der Winkel zwischen der Oberflächennormalen 39 und der Einfallsachse 30 in einem großen Bereich geändert werden. Wie Fig. 3 zeigt,3 shows, in a simplified diagram, a typical intensity distribution of radiation from the focusing spot 18 that is scattered by the object 22. The radiation strikes the surface along the axis of incidence 30 and the scattered radiation is symmetrical about the axis of mirror reflection. If the size of the angle between a normal 39 to the surface and the axis of incidence 30 is denoted by θ, then the angle between the mirror reflection axis 36 and the surface normal 39 is also θ. The relative intensity of the radiation scattered in a particular direction with respect to the focused spot 18 is represented by a radiation profile. Mounting a detector on either side of the axis of incidence results in a combined detector signal which is easily distinguishable, although the surface angles θ and the angle between the surface normal 39 and the axis of incidence 30 are changed over a wide range. As Fig. 3 shows,
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ist die Gesamtsignalstärke längs der beiden Detektorachsen eine Funktion des Winkels zwischen den beiden Detektoren, des Winkels θ und der Position der Oherflächennormalen in bezug auf die Einfallsachse.the total signal strength along the two detector axes is a function of the angle between the two detectors, des Angle θ and the position of the surface normal with respect to the axis of incidence.
Ein Diagramm des Detektorausgangssignals in Abhängigkeit von dem Winkel θ ist für ein typisches Detektorsystem in Fig. 4 dargestellt. Jede Detektorachse war unter einem Winkel vonA diagram of the detector output signal as a function of the angle θ is for a typical detector system in FIG. 4 shown. Each detector axis was at an angle of
ο
30 gegenüber der Einfallsachse 30 angeordnet. Die Signalstarke ist in normierten Einheiten im wesentlichen konstant, bis der Wert
des Winkels θ gleich der Hälfte des Winkels zwischen einem Detektor und der Einfallsachse wird, was im Fall dieses Bei-ο
30 arranged opposite the axis of incidence 30. The signal strength is essentially constant in normalized units until the value of the angle θ equals half the angle between a detector and the axis of incidence, which in the case of this case
o οo ο
spiels 15 sind. Wenn der Winkel θ kleiner als 15 wird, nimmt die Signalstärke in der gezeigten Weise ab. Wenn der Wert des Winkel θ gleich dem des Winkels zwischen einer Detektorachse und der Einfallsachse 30 ist, ist die Stärke des Signals halb so groß wie die ursprünglich Spitzenintensität. Bei einem Wert vongame 15 are. When the angle θ becomes smaller than 15, the signal strength decreases as shown. If the value of the Angle θ is equal to that of the angle between a detector axis and the axis of incidence 30, the strength of the signal is half that as large as the original peak intensity. With a value of
ο
ungefähr 80 wird im wesentlichen kein nutzbares Signal von der Oberfläche zurückgeworfen. Der Punkt, an welchem kein nutzbares
Signal festgestellt werden kann, ändert sich mit der Struktur der Oberfläche 22 und der Kohärenz der Strahlungsquelle.ο
about 80, essentially no usable signal is reflected back from the surface. The point at which no usable signal can be detected changes with the structure of the surface 22 and the coherence of the radiation source.
In praktischer Hinsicht wird die Position jedes Detektors durch das tatsächliche Strahlungsstreuprofil festgelegt. In einem 2-Detektor-System ist jeder Detektor so angeordnet, daß er ungefähr der Hälfte der Spitzenintensität ausgesetzt ist, die längs der Spiegelreflexionsachse 36 gestreut wird. In dieser GeometrieIn practical terms, the position of each detector is determined by the actual radiation scattering profile. In one 2-detector system, each detector is arranged so that it is exposed to approximately half of the peak intensity, the longitudinal the mirror reflection axis 36 is scattered. In this geometry
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liegt die Spiegelreflexionsachse in der Mitte zwischen den Detektorachsen 32a und 32b für den Zustand, in welchem das einfallende Bündel normal zu der Oberfläche und somit die Stärke des Kollektivsignals aus den mehreren Detektoren über einen großen Bereich von Oberflächenänderungen konstant ist. Nachdem die Detektoren eingestellt sind, kann sich die Spiegelreflexionsachse 35 beliebig zwischen den beiden Detektorachsen mit einer maximalen Abnahme um die Hälfte des Signals beliebig ändern.the mirror reflection axis lies in the middle between the detector axes 32a and 32b for the state in which the incident bundles normal to the surface and thus the strength of the collective signal from the multiple detectors via one large area of surface changes is constant. After the detectors are set, the mirror reflection axis can move 35 arbitrarily change between the two detector axes with a maximum decrease by half of the signal.
Fig. 5 zeigt in einem Schaubild das Grundsystem von Pig. 1 mit mehreren Umlenkspiegeln 41 in einem praktischen System, bei welchem es erforderlich ist, daß die optischen Fokussierungs- und Empfangselemente in einen kompakten optischen Kopf 38 integriert sind. Die gesamte Kombination der Elemente innerhalb der gestrichelten Linien ist zu einem einzelnen System mit geringer Trägheit zusammengebaut, welches sich als eine Einheit bewegen kann. Die gezeigte Reihe von Umlenkspiegeln ist manchmal erforderlich, um einen ausreichenden Weg zu schaffen für die reflektierte Energie, nachdem diese durch die Sammellinsen hindurchgegangen ist, um das Fokussieren dieser Strahlung auf den Detektor zu ermöglichen. Der Kopf 38 spricht schnell auf die Signale an, die in den Detektoren erzeugt werden, und hält die reflektierte Energie aus dem auf den Gegenstand fokussierten Fleck an einer vorbestimmten Stelle auf der Detektoroberfläche. Ein linearer Stellantrieb 40 bewegt den Kopf in einer X-Richtung und ein Gegenstandspositionierer 44 bewegt den Gegenstand in einer Y-Richtung 46. Eine X-Positionssteu er einrichtung 48 empfängtFig. 5 shows in a diagram the basic system of Pig. 1 with several deflecting mirrors 41 in a practical system in which it is necessary that the optical focusing and receiving elements are integrated in a compact optical head 38. The entire combination of the elements within of the dashed lines is assembled into a single, low inertia system which forms itself as a unit can move. The series of deflector mirrors shown is sometimes required to create a sufficient path for the reflected energy after it has passed through the converging lenses in order to focus this radiation to enable the detector. The head 38 responds quickly to the signals generated in the detectors and holds the reflected energy from the spot focused on the object at a predetermined location on the detector surface. A linear actuator 40 moves the head in an X direction and an item positioner 44 moves the item in a Y direction 46. An X position control device 48 receives
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Detektorsignale 50 aus den Detektoren 26a und 26b und gibt X-Antriebssignale an den Stellantrieb 40 ab. Eine Y-Positionssteuereinrichtung 52 gibt Y-Antriebssignale an den Gegenstandspositionierer 44 in Abhängigkeit von einem vorprogrammierten Plan ab, welcher durch einen Steuercomputer 55 geliefert werden kann. Ein X-Codierer 54 mit einem X-Positionssignal 56 und ein Y-Codierer 58 mit einem Y-Positionssignal 60 verfolgen die Linearbewegungen des optischen Kopfes 38 bzw. des Gegenstands 22. Als eine praktische Maßnahme werden die Positionssignale 56, 60 häufig optisch angezeigt und außerdem in den Steuercomputer 55 eingegegen, in welchem die Istabmessungen mit Standardbezugsabmessungen verglichen werden.Detector signals 50 from detectors 26a and 26b and outputs X-drive signals to actuator 40. A Y position controller 52 outputs Y drive signals to the item positioner 44 in response to a preprogrammed one Plan, which are supplied by a control computer 55 can. An X encoder 54 with an X position signal 56 and a Y encoder 58 with a Y position signal 60 track the linear movements of the optical head 38 or the object 22. As a practical measure, the position signals 56, 60 are often displayed optically and also in the Control computer 55 entered, in which the actual dimensions are compared with standard reference dimensions.
Ein Meßsystem mit mehreren Detektoren kann viele der Probleme überwinden, die durch Schattenbildung verursacht werden, wie oben beschrieben. Darüberhinaus können die mehreren Detektorschaltungen so eingestellt werden, daß sich die Empfindlichkeit der betreffenden Schaltung ändert. Beispielsweise, wenn die Brennweite der Detektorlinse 24b größer gemacht wird als die Brennweite der Linse 24a, erfolgt eine gleichzeitige Fein- und Grobaufnahme der Oberflächenkontur. Ebenso kann der Winkel zwischen irgendeiner besonderen Detektorachse und der Einfallsachse verändert werden, um die Empfindlichkeit zu beeinflussen, da die Sy stern empfindlichkeit abnimmt, wenn die Größe dieses Winkels abnimmt.A measurement system with multiple detectors can solve many of the problems overcome caused by shadowing as described above. In addition, the plurality of detector circuits be adjusted so that the sensitivity of the circuit in question changes. For example, if the focal length of the detector lens 24b is made larger than the focal length of the lens 24a, a simultaneous fine and coarse recording takes place the surface contour. Likewise, the angle between any particular detector axis and the axis of incidence can be changed, to affect the sensitivity, as the sy star sensitivity decreases as the size of this angle decreases.
Die in Fig. 1 gezeigte negative Linse wird in das System hauptsächlich in denjenigen Anwendungsfällen eingefügt, inThe negative lens shown in Fig. 1 is incorporated into the system mainly in those applications in
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welchen die Quellenstrahlung ein kollimiertes Bündel mit relativ kleinem Durchmesser ist, da sie hilft, den Durchmesser des fokussierten Fleckes zu verringern. In anderen Anwendungsfällen, insbesondere in denjenigen, in welchen die Quelle 10 eine Punktquelle ist, wird eine negative Linse nicht verwendet. Der Durchmesser des fokussierten Fleckes kann ein wichtiger Gesichtspunkt insbesondere bei dem Vermessen einer Oberfläche mit einer Kontur sein, die sich schnell ändert, weil die Kontur— messung, die durch das System vorgenommen wird, einen Mittelwert über dem Bereich des fokussierten Fleckes liefert. Für einige Oberflächen mit einer hohen Oberflächenänderungs— rate ist eine Genauigkeit von etwa 0,0025 mm mit einem Fokussierung: fleckdurchmesser in der Größenordnung von 0,025 mm möglich.which the source radiation forms a collimated beam with is relatively small in diameter as it helps reduce the diameter of the focused spot. In other applications, especially those in which the source 10 is a point source, a negative lens is not used. The diameter of the focused spot can be an important one Be a particular point of view when measuring a surface with a contour that changes quickly because the contour— measurement made by the system provides an average value over the area of the focused spot. For some surfaces with a high rate of surface change, an accuracy of about 0.0025 mm with a focus: Spot diameters of the order of 0.025 mm are possible.
Im Rahmen der Erfindung bietet sich dem Fachmann über die oben beschriebenen bevorzugten Ausfuhrungsbeispiele hinaus eine Vielzahl von Änderungs- und Vereinfachungsmöglichkeiten.Within the scope of the invention, the person skilled in the art is offered beyond the preferred exemplary embodiments described above a multitude of options for changes and simplifications.
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Claims (11)
eine Einrichtung, welche eine Quellenstrahlung längs einer Einfallsachse zu der Oberfläche des Gegenstands schickt, eine Einrichtung zum Bilden eines ersten Abbildungsflecks der Quellenstrahlung, die durch die Oberfläche längs einer ersten Detektorachse gestreut wird,1. ) Measuring system for determining the contour of the surface of an object, characterized by:
a device which sends a source radiation along an axis of incidence to the surface of the object, a device for forming a first imaging spot of the source radiation which is scattered by the surface along a first detector axis,
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